船舶直线航迹预测变结构控制.pdf

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1、第32卷第7期2010年7月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYV01．32，No．7Jul．，2010船舶直线航迹预测变结构控制夏极，胡大斌，胡锦晖，肖剑波(海军工程大学船舶与动力工程学院，湖北武汉430033)摘要：船舶直线航迹系统受二阶不可积非完整约束，具有不完全驱动的特性，控制一直是难点。本文先采用变量重定义方法，将系统控制转化为对完全驱动系统的控制．证明了转变后系统的稳定性能保证原船舶直线航迹控制系统的稳定性；然后对新系统进行非线性连续预测变结构控制的设计。仿真结果表明，该方法具有良好的控制性能，使航向和横向位移

2、同时稳定，即使系统航迹全局收敛，且在系统存在参数摄动和外界干扰时，同样具有良好的控制性能，控制具有强鲁棒性。关键词：预测变结构；直线航迹；船舶；不完全驱动系统中图分类号：TP273；U661．33文献标识码：A文章编号：1672—7649(2010)07—0041—05DOI：10．3404／j．issn．1672—7649．2010．07．006Straight·linetrackingcontrolofshipsbasedonpredictivevariablestructurecontrolXIAJi，HUDa—bin，HUJin-hui，

3、XIAOJian—bo(CollegeofNavalArchitectureandPower，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Theshipstraight—linetrackingsystemisrestrictedbyanonintegrablesecondordernonholonomicconstraint，SOithasunderactuatedcharacteristicandisdifficulttocontr01．Inthispaper，firstth

4、econtroloftheshipstraight—linetrackingwasconvenedtothecontrolofanactuatedsystembytheoutputvariableredefinedmethod．Thestabilizationofshipstraight—linetrackingsystem，whichcanbeensuredbythestabilizationofthenewsystem，wasproved．Thenthenonlinearcontinuouspredictivevariablestructur

5、econtrolmethodwasusedtocontrolthenewsystem．Thesimulationshowedthevalidityofthismethod，whichcanstabilizedthecourseandsideslipsynchronal，thatis，thestabilizationoftheshiptrackingsystem．Moreoverthecontrolperformancewasexcellenteventhesystemwasaffectedbytheparameteruncertaintyandd

6、isturbance，theresultsshowthestrongrobustnessofthismethod．Keywords：predictivevariablestructurecontrol；straight—linetracking；ship；underactuatedsystem0引言由于船舶运动的复杂性，船舶的动态特性具有强非线性、大惯性、大时滞等特点，很难建立精确的数学模型，而且容易受到风、浪、流等环境因素的影响，使其控制成为一个比较艰巨的任务。随着现代化水平的发展，传统的航向自动控制已经不能满足船舶控制的需要，船舶航迹控制成为

7、船舶控制的主要手段，而直线航迹更是一种普遍的控制策略，受到广泛关注‘1

8、。由于船舶，航迹控制受二阶不可积非完整约束拉J，是一种典型的不完全驱动”-控制问题，线性方法无法解决该问题，各种非线性方法被广泛用于航迹控制研究。文献[4]采用Lyapunov直接法和无源法、级联逆推法设计了2种控制器，得到了全局稳定的效果，但要求航向角不能为0，显然这2种方法不能用于船舶直线航迹控制。文献[5]采用日∞最优方法对船舶航迹控制进行研究，取得了局部指数收敛的控制效果。文献[6]设计了一种简单的状态反馈控制律，使船舶航迹问题达到全局类指数稳定。文献[7]收稿日期：

9、2009—12—11；修回日期：2010—01—27作者简介：夏极(1982一)，男，博士研究生，研究方向为舰船动力装置自动化及仿真技术